DE4131260A1 - Cooling system for disc=shaped windings in electrical power transformers - has at least one regulating element located in cooling channels between windings to direct coolant flow - Google Patents

Cooling system for disc=shaped windings in electrical power transformers - has at least one regulating element located in cooling channels between windings to direct coolant flow

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Abstract

The transformer has disc shaped windings (3.1, 3.2) located on an internal isolating cylinder (1.1). Axial cooling channels (2.2) are located between the windings which are separated by spacing elements. The regulating element (6) is mfd. from an insulating material and has a holder (6.1) which corresp. to the axial spacing of a winding. Angled outer sections (6.2) of the regulating element project into the radial cooling channels to divert coolant flow. The regulating element divides the cooling flow into an axial and radial direction. ADVANTAGE - Improved cooling of windings without use of ring-shaped partition walls, simple winding structure.

Description

Die Anordnung ist einsetzbar für Hochspannungstransformatoren hoher Leistung mit scheibenförmig aufgebauten Wicklungen, die zwischen zwei axialen Barrieren liegen und beispielsweise durch nach einer bestimmten Windungszahl eingefügte Wicklungsbänder mit in Abständen aufgebrachten Abstandshaltern in mindestens zwei Wicklungsuntereinheiten unterteilt sind.The arrangement can be used for high-voltage transformers high performance with disc-shaped windings, which lie between two axial barriers and for example by a certain number of turns inserted winding tapes with spaced Spacers in at least two winding sub-units are divided.

Aus der DE-PS 28 36 283 (H01F, 27/08) ist eine scheibenförmige Wicklung für einen Transformator bekannt, bei der diese Wicklung in mindestens zwei Wicklungsuntereinheiten aufgeteilt ist. - In dieser Literaturstelle ist erstens ein völlig gleicher Wicklungsaufbau mit drei gleichen axialen Kühlkanälen beschrieben, dessen Nachteil es ist, daß das Kühlmittel vorzugsweise nur axial durch die Wicklung strömt und damit nicht genügend Wärme aus den einzelnen Wicklungsscheiben abführt. - Eine zweite Ausführung vermeidet diesen Nachteil teilweise dadurch, daß in den einzelnen Wicklungsscheiben der mittlere Kühlkanal dadurch mäanderförmig gestaltet ist, daß die Abstandshaltung jeweils nach unterschiedlicher Windungszahl eingefügt ist. Nachteilig ist hier aber ein sehr aufwendiger Wicklungsaufbau bei einer nur bescheidenen Kühlungsverbesserung.From DE-PS 28 36 283 (H01F, 27/08) is a disc-shaped Winding for a transformer known this winding in at least two winding sub-units is divided. - First in this reference a completely identical winding structure with three of the same described axial cooling channels, the disadvantage of which is that the coolant is preferably only axially through the Winding flows and therefore not enough heat from the dissipates individual winding disks. - A second version partially avoids this disadvantage in that the middle cooling channel in the individual winding disks is meandering in that the spacing inserted after each different number of turns is. The disadvantage here is a very complex Winding construction with only a modest cooling improvement.

Ähnlich aufwendig ist eine Kühlkanalanordnung einer Scheibenspulenwicklung bei Transformatoren oder Drosselspulen nach der AT-PS 3 12 092 (21d, 107 bzw. H01F, 27/08). Auch hier wird im wesentlichen durch Versatz der Wicklungsscheiben oder Teilen davon gegeneinander versucht, eine radiale Strömung des Kühlmittels entlang der Wicklungsscheiben zu erreichen, wobei zusätzlich noch zwischen den Wicklungsuntereinheiten bzw. zwischen diesen und den sie umgebenden Isolierzylindern in unterschiedlicher axialer Höhe abdichtende Scheidewände vorgesehen sind.A cooling channel arrangement of a disk coil winding is similarly complex for transformers or choke coils according to AT-PS 3 12 092 (21d, 107 or H01F, 27/08). Here too is essentially due to offset of the winding washers or parts of it tried against each other, a radial Flow of the coolant along the winding disks reach, in addition between the winding subunits or between them and those surrounding them Isolating cylinders sealing in different axial heights  Partitions are provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Verbesserung der Kühlung von scheibenförmigen, in mindestens zwei radiale Wicklungsuntereinheiten aufgeteilten Wicklungen von Transformatoren zu finden, mit der ohne Einsatz von ringförmigen Scheidewänden und ohne komplizierte Wicklungsaufteilung eine intensive radiale Umspülung der Spulenscheiben möglich ist.The invention has for its object an arrangement to improve the cooling of disc-shaped, in divided at least two radial winding sub-units Find windings of transformers with which without Use of annular partitions and without complicated Winding division intensive radial flushing the coil disks is possible.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß in den zwischen den Wicklungsuntereinheiten befindlichen axialen Kühlkanälen in vorbestimmten axialen Abständen umfänglich mindestens jeweils ein Steuerelement aus Isolierstoff mit seinem Halteteil, dessen Höhe der axialen Abmessung des isolierten Wickeldrahtes entspricht, im Bereich zwischen den konzentrisch in einer gemeinsamen axialen Ebene angeordnete radialen Wicklungsabstützungen zwischen diesen und einer Wicklungsuntereinheit gehalten ist, daß das Steuerelement ein- oder beidseitig vom Halteteil ein schräg abgewickeltes, schräg in die radialen Kühlkanäle hineinragendes Steuerteil besitzt, wobei die schräge Länge des Steuerteils in Abhängigkeit vom Anordnungsort des Steuerelementes so groß ist, daß sich das Steuerteil mit seinem freien Ende an der axial nächsten Spulenscheibe abstützt.According to the invention the object is achieved in that in the axial located between the winding sub-units Cooling channels circumferentially at predetermined axial distances with at least one control element made of insulating material its holding part, the height of the axial dimension of the insulated winding wire, in the area between the concentrically arranged in a common axial plane radial winding supports between these and a winding sub-unit is held, that the control on one or both sides of the holding part an obliquely developed, obliquely into the radial cooling channels protruding control part, the oblique length of the control part depending on the location of the control is so large that the Control part with its free end on the axially closest Coil washer supported.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge des Steuerteils größer als die Diagonale eines Rechteckes, dessen eine Seite die radiale Breite des zugehörigen axialen Kühlkanales bildet, während die andere Seite dieses Rechteckes der Dicke der radilane Zwischenlagen zwischen den Spulenscheiben entspricht. Durch diese Steuerelemente, deren Steuerteile sich jeweils mit ihren freien Enden an den Drähten der nächsten Spulenscheibe abstützen, wird eine hinreichende Umlenkung des axialen Kühlmittelstromes in radiale Richtung erreicht, so daß eine gute Wärmeabführung aus dem radialen Zwischenbereich der einzelnen Spulenscheiben erzielt wird.In an advantageous embodiment of the invention, the length the control section is larger than the diagonal of a rectangle, one side the radial width of the associated axial cooling channel forms while the other side this rectangle the thickness of the radilane liners between the coil disks. Through this Controls, the control parts of which are each related to their free ends on the wires of the next coil disk support, is an adequate deflection of the axial Coolant flow reached in the radial direction, so that  good heat dissipation from the radial intermediate area of the individual coil disks is achieved.

Vorteilhafterweise sind die in den jeweiligen axialen Kühlkanälen in gleicher axialer Höhe angeordneten Steuerelemente, wicklungsumfänglich gesehen, immer so breit, daß sie sich gegenseitig überlappen und so im Extremfall einen Steuerring bilden.These are advantageously in the respective axial Cooling channels arranged at the same axial height, Seen around the winding, always so wide that they overlap each other and in extreme cases one Form the control ring.

Bei Steuerelementen mit zwei Steuerteilen können diese vom Halteteil aus entweder beide schräg nach einer Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen weisen.In the case of controls with two control parts, these can be from Hold part out of either both at an angle in one direction or point in opposite directions.

Es kann auch von Vorteil sein, wenn die Steuerteile der Steuerelemente Ausschnitte von vorbestimmten Abmessungen besitzen, derart, daß das Kühlmittel nicht nur radial umgelenkt wird, sondern auch axial durch diese Ausschnitte strömen kann.It can also be advantageous if the control parts of the Controls cutouts of predetermined dimensions have, such that the coolant is not only radial is deflected, but also axially through these cutouts can flow.

Werden die axialen Kühlkanäle zwischen den Wicklungsuntereinheiten durch Wicklungsbänder mit in Abständen aufgebrachten Abstandshaltern gebildet, so ist es von Vorteil, wenn die Steuerelemente mit ihren Halteteilen zwischen Wicklungsband und den von ihr abgedeckten Wicklungsuntereinheit angeordnet sind, weil damit eine kühlungstechnisch ungünstige zusätzliche Abdeckung der anderen, an den axialen Kühlkanal angrenzenden Wicklungsuntereinheit vermieden wird.The axial cooling channels between the winding sub-units through winding tapes with spaced Spacers formed, so it is advantageous if the controls with their holding parts between Winding tape and the winding sub-unit covered by it are arranged because it is a cooling technology unfavorable additional coverage of the others to the axial cooling channel adjacent winding sub-unit avoided becomes.

AusführungsbeispielEmbodiment

Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is based on four exemplary embodiments are explained in more detail. In the accompanying drawing demonstrate:

Fig. 1a ein Steuerelement mit zwei in die gleiche Richtung schräg ausgebogenen Steuerteil mit ausgearbeiteten rechteckigen Ausschnitten in Seitenansicht; FIG. 1a is a control with two in the same direction obliquely bent-out control part with worked rectangular cutouts in side view;

Fig. 1b das gleiche Steuerelement in Draufsicht; FIG. 1b shows the same control in plan view;

Fig. 1c ein Einbaubeispiel des Steuerelementes zwischen zwei Wicklungsuntereinheiten;1c shows an installation example of the control element between two winding sub-units.

Fig. 2a-c eine zu Fig. 1 analoge Darstellung für ein Steuerelement mit zwei geschlossenen Steuerteilen; FIGS. 2a-c is a representation analogous to FIG 1 for a control with two closed control parts.

Fig. 3a-c eine zu Fig. 1 analoge Darstellung für ein Steuerelement mit zwei Steuerteilen, die zueinander entgegengesetzt ausgebogen sind; Fig. 3a-c is a representation analogous to FIG 1 for a control with two control parts opposite to each other are bent.

Fig. 4a-c eine zu Fig. 1 analoge Darstellung für ein Steuerelement mit nur einem Steuerteil; Fig. 4a-c is a representation analogous to FIG 1 for a control with only one control member.

Fig. 5 eine mögliche Kühlmittelaufteilung durch die verschiedenen Steuerelemente in einer scheibenförmigen Wicklung mit drei Wicklungsuntereinheiten. Fig. 5 shows a possible division of coolant through the various control elements in a disk-shaped winding with three winding sub-units.

Gemäß Fig. 1c sind von einer scheibenförmig auf einem inneren Isolierzylinder 1.1 aufgebauten Wicklung unter Zwischenschaltung eines inneren Kühlkanals 2.1 nur die innere und die nächste mittlere Wicklungsuntereinheiten 3.1, 3.2 dargestellt. Zwischen beiden befindet sich ein mittlerer axialer Kühlkanal 2.2. In diesem Kühlkanal 2.1 ist in vorbestimmter axialer Höhe mindestens ein Steuerelement 6 aus Isolierstoff angeordnet. Dieses Steuerelement 6 ist mit seinem Halteteil 6.1 zwischen den radial äußersten Draht der inneren Wicklungsintereinheit 3.1 und einem Wicklungsband B festgehalten. Das Wicklungsband 8 trägt zur Abstandshalterung der Wicklungsuntereinheiten 3.1, 3.2 nicht dargestellte Abstandshalter. Die Steuerteile 6.2 des Steuerelementes 6 weisen schräg in die gleiche Richtung und stützen sich mit ihren freien Enden am ersten (innersten) Draht der radial und axial nächsten Wicklungsuntereinheit 3.2 ab. Das bedeutet, die schräge Länge der Steuerteile 6.2 ist größer als die Diagonale eines Rechteckes, dessen eine Seite aus der radialen Breite des Kühlkanals 2.2 gebildet ist, und dessen andere Seite der Dicke der radialen Zwischenlagen 5 zwischen den axial übereinander liegenden Spulenscheiben entspricht. Diese Dicke der radialen Zwischenlagen ist gleichzeitig das axiale Maß der radialen Kühlkanäle 4. Die Steuerteile 6.2 des Steuerelementes 6 weisen rechteckige Ausschnitte 6.3 auf. Dadurch ist es möglich, daß der axiale Kühlmittelstrom nicht gänzlich in radiale Richtung umgelenkt wird, sondern praktisch in einen axialen und einen radialen Teilstrom aufgeteilt wird, was in bestimmten Fällen von Vorteil ist.According to FIG. 1c, only the inner and the next middle winding subunits 3.1, 3.2 of a winding constructed in the form of a disc on an inner insulating cylinder 1.1 with the interposition of an inner cooling channel 2.1 are shown. There is a central axial cooling channel 2.2 between the two. At least one control element 6 made of insulating material is arranged in this cooling channel 2.1 at a predetermined axial height. This control element 6 is held with its holding part 6.1 between the radially outermost wire of the inner winding interunit 3.1 and a winding tape B. The winding tape 8 supports the spacers of the winding sub- units 3.1, 3.2, not shown spacers. The control parts 6.2 of the control element 6 point obliquely in the same direction and are supported with their free ends on the first (innermost) wire of the radially and axially next winding subunit 3.2 . This means that the oblique length of the control parts 6.2 is greater than the diagonal of a rectangle, one side of which is formed from the radial width of the cooling channel 2.2 and the other side of which corresponds to the thickness of the radial intermediate layers 5 between the coil disks lying axially one above the other. This thickness of the radial intermediate layers is at the same time the axial dimension of the radial cooling channels 4 . The control parts 6.2 of the control element 6 have rectangular cutouts 6.3 . This makes it possible for the axial coolant flow not to be deflected entirely in the radial direction, but rather to be practically divided into an axial and a radial partial flow, which is advantageous in certain cases.

Für die in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Steuerelemente 6 gilt zu Fig. 1 erfolgte Beschreibung unter Berücksichtigung der jeweiligen speziellen Ausführungen der Steuerteile 6.2 in analoger Weise.For the control elements 6 shown in FIGS. 2 to 4, the description given for FIG. 1 applies analogously, taking into account the respective special designs of the control parts 6.2 .

Die in Fig. 5 beispielhaft dargestellte Kühlmittelaufteilung 7 (Pfeildarstellung) der Kühlmittelströme aus den axialen Kühlkanälen in einer zwischen dem inneren Isolierzylinder 1.1 und einem äußeren Isolierzylinder 1.2 in drei Wicklungsuntereinheiten 3.1, 3.2, 3.3 aufgeteilten scheibenförmigen Wicklung zeigt deutlich, wie durch Variation der Steuerelemente an sich und ihrer Anordnung in einfacher Art und Weise eine sehr gute Wärmeabführung aus der Wicklung erzielt werden kann.Coolant Distribution 7 (arrow view) exemplified in Fig. 5, the coolant flows from the axial cooling channels in a between the inner insulating cylinder 1.1 and an outer insulating cylinder 1.2 in three winding sub-units 3.1, 3.2, 3.3 divided disc-shaped winding clearly shows how to by variation of the controls themselves and their arrangement, very good heat dissipation from the winding can be achieved in a simple manner.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1.1. - innerer Isolierzylinder
1.2. - äußerer Isolierzylinder
2.1. - (innerer) axialer Kühlkanal
2.2. - (mittlerer) axialer Kühlkanal
2.3. - (äußerer) axialer Kühlkanal
3.1. - (innere) Wicklungsuntereinheit (inneres Spulenscheibenteil)
3.2. - (mittlere) Wicklungsuntereinheit (mittleres Spulenscheibenteil)
3.3. - (äußere) Wicklungsuntereinheit (äußeres Spulenscheibenteil)
4. - radiale Kühlkanäle
5. - radiale Zwischenlagen
6. - Steuerelement
6.1. - Halteteil des Steuerelementes
6.2. - Steuerteil(e) des Steuerelementes
6.3. - Ausschnitte in den Steuerteilen
7. - Kühlmittelfluß (Pfeildarstellung)
8. - WicklungsbandList of the reference numerals used
1.1. - inner insulating cylinder
1.2. - outer insulating cylinder
2.1. - (Inner) axial cooling channel
2.2. - (middle) axial cooling channel
2.3. - (External) axial cooling channel
3.1. - (inner) winding subunit (inner coil disk part)
3.2. - (middle) winding subunit (middle spool disc part)
3.3. - (outer) winding subunit (outer coil disc part)
4. - radial cooling channels
5. - radial intermediate layers
6 - control
6.1. - Holding part of the control element
6.2. - Control part (s) of the control element
6.3. - Cutouts in the control sections
7 - coolant flow (arrow display)
8 - winding tape

Claims (7)

1. Anordnung zur Verbesserung der Kühlung in scheibenförmigen Wicklungen von Transformatoren und Drosselspulen, mit Wicklungsuntereinheiten und Mitteln zur Umlenkung des Kühlmittelstroms aus der axialen in die radiale Richtung, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß in den zwischen den Wicklungsuntereinheiten (3.1 bis 3.3) befindlichen axialen Kühlkanälen (2.2) in vorbestimmten axialen Abständen umfänglich mindestens ein Steuerelement (6) aus Isolierstoff mit seinem Halteteil (6.1), dessen Höhe der axialen Abmessung des isolierten Wickeldrahtes entspricht, im Bereich zwischen den konzentrisch in einer gemeinsamen axialen Ebene angeordneten radialen Wicklungsabstützungen zwischen diesen und einer Wicklungsuntereinheit (3.1 bis 3.3) gehalten ist,
  • - daß das Steuerelement (6) ein- oder beidseitig vom Halteteil (6.1) ein schräg abgewinkeltes, schräg in die radialen Kühlkanäle (4) hineinragendes Steuerteil (6.2) besitzt, wobei die schräge Länge des Steuerteiles (6.2) in Abhängigkeit vom Anordnungsort des Steuerelementes (6) so groß ist, daß sich das Steuerteil (6.2) mit seinem freien Ende an der axial nächsten Spulenscheibe abstützt.
1. Arrangement for improving the cooling in disk-shaped windings of transformers and choke coils, with winding subunits and means for deflecting the coolant flow from the axial to the radial direction, characterized in that
  • - That in the axial cooling channels ( 2.2 ) located between the winding subunits ( 3.1 to 3.3 ) at predetermined axial distances circumferentially at least one control element ( 6 ) made of insulating material with its holding part ( 6.1 ), the height of which corresponds to the axial dimension of the insulated winding wire, in the area is held between the radial winding supports arranged concentrically in a common axial plane between them and a winding subunit ( 3.1 to 3.3 ),
  • - That the control element ( 6 ) on one or both sides of the holding part ( 6.1 ) has an obliquely angled, obliquely projecting into the radial cooling channels ( 4 ) control part ( 6.2 ), the oblique length of the control part ( 6.2 ) depending on the location of the control element ( 6 ) is so large that the control part ( 6.2 ) is supported with its free end on the axially next coil disk.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge Länge des Steuerteiles (6.2) größer als die Diagonale eines Rechteckes ist, dessen eine Seite die radiale Breite des zugehörigen axialen Kühlkanales (2.2) bildet, während die andere Seite dieses Rechteckes der Dicke der radialen Zwischenlagen (5) zwischen den Spulenscheiben entspricht.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the oblique length of the control part ( 6.2 ) is greater than the diagonal of a rectangle, one side of which forms the radial width of the associated axial cooling channel ( 2.2 ), while the other side of this rectangle is the thickness corresponds to the radial intermediate layers ( 5 ) between the coil disks. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den jeweiligen axialen Kühlkanälen (2.2) in gleicher axialer Höhe angeordneten Steuerelemente (6), wicklungsumfänglich gesehen, so breit sind, daß sie sich gegenseitig überlappen.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the control elements ( 6 ) arranged in the same axial height in the respective axial cooling channels ( 2.2 ), seen around the winding, are so wide that they overlap one another. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerteile (6.2) vom Halteteil (6.1) eines Steuerelementes (6) schräg in ein und dieselbe Richtung weisen.4. Arrangement according to claim 1, characterized in that both control parts ( 6.2 ) of the holding part ( 6.1 ) of a control element ( 6 ) point obliquely in one and the same direction. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerteile (6.2) vom Halteteil (6.1) eines Steuerelementes (6) schräg in entgegengesetzte Richtungen weisen.5. Arrangement according to claim 1, characterized in that both control parts ( 6.2 ) of the holding part ( 6.1 ) of a control element ( 6 ) point obliquely in opposite directions. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerteile (6.2) Ausschnitte (6.3) von vorbestimmten Abmessungen besitzen.6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the control parts ( 6.2 ) have cutouts ( 6.3 ) of predetermined dimensions. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bildung der axialen Kühlkanäle (2.2) zwischen den Wicklungsuntereinheiten (3.1 bis 3.3) durch Wicklungsbänder (8) mit in Abständen aufgebrachten Abstandshaltern die Steuerelemente (6) mit ihren Halteteilen (6.1) zwischen Wicklungsband (8) und der von ihr abgedeckten Wicklungsuntereinheit (3.1) angeordnet sind.7. Arrangement according to claim 1, characterized in that when forming the axial cooling channels ( 2.2 ) between the winding sub-units ( 3.1 to 3.3 ) by winding tapes ( 8 ) with spacers spaced, the control elements ( 6 ) with their holding parts ( 6.1 ) between the winding tape ( 8 ) and the winding subunit ( 3.1 ) covered by it are arranged.
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